太空技術(shù)“闖入”機器人王國 碰撞出怎樣的火花？

全自動(dòng)飲品機器人示意圖。中國運載火箭技術(shù)研究院供圖

一場(chǎng)現實(shí)版的“機器人總動(dòng)員”正在2018世界機器人大會(huì )現場(chǎng)上演：不斷向來(lái)訪(fǎng)者端出一杯杯奶茶的全自動(dòng)飲品機器人、形似“大白”的激光雷達掃描測量機器人、能夠一眼辨出珠寶瑕疵的“慧眼”機器人、增強人體機能的外骨骼機器人……僅從外形來(lái)看，這些機器人似乎并不出眾，然而他們卻因為擁有共同的核心技術(shù)來(lái)源而顯得尤為特別——來(lái)自航天科技集團中國運載火箭技術(shù)研究院的“太空技術(shù)”。

在我國航天的科技力量版圖中，中國運載火箭技術(shù)研究院被稱(chēng)作中國航天的搖籃，其研制包括長(cháng)征五號、長(cháng)征七號在內的長(cháng)征系列運載火箭，成為中國航天一張張閃亮名片，如今這些造火箭的“高大上”航天技術(shù)，闖入了“走近尋常百姓”的機器人大會(huì )，它們之間將碰撞出怎樣的火花？記者到現場(chǎng)一探究竟。

太空機械臂：天上地上都能清掃垃圾

兩年前，中國新一代運載火箭長(cháng)征七號成功首飛，搭乘這枚火箭飛天的“乘客”中，有一位“高手”，在天上完成了我國首次“太空垃圾”清理技術(shù)演示試驗——空間碎片主動(dòng)清除，引起國內外巨大關(guān)注。

這項試驗的主角就是由中國運載火箭技術(shù)研究院18所研制的“6自由度空間機械臂”，俗稱(chēng)“太空機械臂”。時(shí)隔一年，該院18所用太空機械臂技術(shù)，衍生出智能協(xié)作型機器人、工程教育機器人等多款具有國內領(lǐng)先水平的“神技”機器人。

機器人的動(dòng)作，給人的印象往往是僵硬、不知深淺的。要代替進(jìn)化了數十萬(wàn)年的人類(lèi)手臂，首先要解決動(dòng)作協(xié)調、連貫的問(wèn)題。18所項目負責人王燕波告訴記者，該所科研人員在太空機械臂的基礎上，研制出了仿人機械臂和輕型工業(yè)機械臂。在它們“身上”，已找不出傳統機械臂笨重、僵硬的影子。

這其中，智能協(xié)作型機器人和人的手臂一樣靈活，任意擺動(dòng)，既能單臂工作，又能雙臂協(xié)作，還能和人互動(dòng)。王燕波說(shuō)，一些復雜的手工制造動(dòng)作、在家庭或醫院中扶助老幼病弱，都可由它完成。

至于工程教育機器人，雖然關(guān)節沒(méi)有前者多，但也能勝任手機、電腦等“3C”產(chǎn)品生產(chǎn)線(xiàn)上輕拿輕放的操作，王燕波說(shuō)，成本也較為低廉，完全可以大規模應用，替人完成單調的流水線(xiàn)操作，創(chuàng )造出“機器人口紅利”。

這背后都和運載火箭的“伺服機構”的研制積累分不開(kāi)。王燕波說(shuō)，當火箭控制系統一聲令下，伺服機構要即刻響應，把推力數十、上百?lài)嵉陌l(fā)動(dòng)機擺到位，從而讓火箭飛向正確的方向，“若失之毫厘，火箭就會(huì )謬之千里，其精密程度可想而知，科研人員也從此成為我國精密機電設備研制領(lǐng)域的佼佼者”。

讓火箭“清醒”的大腦也能裝給機器人？

控制系統是火箭的“神經(jīng)中樞”，它可以讓火箭在飛行中保持“頭腦清醒”，控制幾十萬(wàn)個(gè)元器件工作，按預定路線(xiàn)飛行，在規定位置做規定動(dòng)作，還能根據情況隨機應變，閃轉騰挪。

如今，這項技術(shù)也“落地”到一款名為智能安防的機器人身上。中國運載火箭技術(shù)研究院12所項目負責人劉秀娟告訴記者，該機器人堪比“火眼金睛”，是以科研院所、大型倉庫、工業(yè)園區、監獄等場(chǎng)所安防需求為出發(fā)點(diǎn)，自主研發(fā)的網(wǎng)絡(luò )化智能安防系統。

她所在研究所的主業(yè)是航天控制與信息領(lǐng)域專(zhuān)業(yè)技術(shù)研究，把精準控制火箭的技術(shù)移植到安防機器人身上，自然具有先天優(yōu)勢——

自主導航導引與控制技術(shù)，讓安防機器人和人類(lèi)一樣靈活行走;多源信息智能融合技術(shù)則給了它一雙“火眼金睛”，可以快速識別各種異常;大數據分析技術(shù)讓它擁有一個(gè)高速運轉的“大腦”;空地復合機器人系統集成技術(shù)，讓它天上地下自由行動(dòng);機器人關(guān)鍵的部組件都是軍工級別，即便身處惡劣天氣也不怕。

更值得一提的是，這款機器人已經(jīng)在河北固安航天產(chǎn)業(yè)基地“上崗”。在實(shí)際工作過(guò)程中，這款智能安防機器人可以巡邏，也可以在門(mén)口值班，“可以說(shuō)，和安全相關(guān)的事，它全包了，甚至是‘操碎了心’，路燈不亮了、誰(shuí)家窗戶(hù)壞了，它都管，而且從發(fā)現異常到發(fā)出警報不超過(guò)2秒。”劉秀娟說(shuō)。

中看不中用？借航天技術(shù)突破核心難題

在現場(chǎng)，一個(gè)個(gè)頭不大，長(cháng)相貌似卡通人物“大白”的機器人吸引了不少來(lái)訪(fǎng)者駐足觀(guān)看，這款機器人名為“調頻激光雷達掃描儀”，通俗地說(shuō)就是一名大型設備的 “檢測醫生”。

隨著(zhù)我國大火箭、大飛機、大型船舶等大型高端裝備的發(fā)展不斷加快，部件的尺寸是否制造準確，姿態(tài)形狀是否符合設計要求，都直接決定著(zhù)這些大型設備安全和性能。事實(shí)上，在新一代運載火箭長(cháng)征五號的研制過(guò)程中，大型結構的精密測量就一直是困擾科技人員的難題。

中國運載火箭技術(shù)研究院102所項目負責人石柯告訴記者，長(cháng)期以來(lái)，此類(lèi)“精密測量”產(chǎn)品的國內市場(chǎng)都被進(jìn)口設備壟斷，該所科研人員研制的這款具有完全自主知識產(chǎn)權的智能設備，攻克多項核心關(guān)鍵技術(shù)，打破國外禁運壟斷，并率先在長(cháng)征五號身上得到了應用。

石柯說(shuō)，這款機器人在占地幾平方米的空間內，就可以實(shí)現大火箭、大飛機、大型船舶等大型設備的精密測量，“在2米的范圍上，測量精度可以達到20微米，在50米的范圍上，測量精度可以達到0.3毫米”。

“中看不中用”成為不少人對新興機器人的詬病——如果沒(méi)法保證機器人單個(gè)部件產(chǎn)品的質(zhì)量，最終裝配在一起，其外觀(guān)外形、氣動(dòng)特性等也依然沒(méi)法滿(mǎn)足設計要求。因此，借航天領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)的積累，來(lái)幫助突破機器人的核心技術(shù)難題，也成了航天人的一種選擇。

大會(huì )現場(chǎng)就有一個(gè)例子：一款工業(yè)外骨骼機器人，自重25公斤，卻可協(xié)助操作者背負60公斤載荷，并以每小時(shí)4公里速度進(jìn)行長(cháng)距離、多地形行走作業(yè)，此外，還能協(xié)助操作者完成50公斤負荷搬抬托舉作業(yè)。

中國運載火箭技術(shù)研究院18所項目負責人于志遠告訴記者，這款機器人就是依托航天相關(guān)技術(shù)，最終突破了人機多模態(tài)運動(dòng)建模與仿真、人機協(xié)同控制、人機感知交互等核心技術(shù)。